高中物理电磁感应现象.docx
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高中物理电磁感应现象
教师
日期
学生
课程编号
课型
复习
课题
电磁感应现象
教学目标
1、理解电磁感应现象和产生条件
2、掌握楞次定律的应用
教学重点
1、掌握楞次定律的使用步骤
教学安排
版块
时长(分钟)
1
知识点回顾
5
2
知识点讲解
45
3
课堂练习
60
4
课堂总结
10
5
回家作业
40
电磁感应现象
知识点回顾
一、电磁感应现象
1、电磁感应现象:
当闭合电路的磁通量_________时,电路中有__________产生的现象。
2、产生感应电流的两种情况:
(1)闭合电路的磁通量_________。
(2)闭合电路的一部分导体切割_______运动。
3、电磁感应现象的实质:
电路中产生___________,如果电路闭合则有感应电流产生。
4、能量转化:
发生电磁感应现象时,是机械能或其他形式的能量转化为_____。
【答案】发生变化;感应电流;发生变化;磁感线;感应电动势;电能
二、楞次定律
1、内容:
感应电流的磁场总要_____引起感应电流的_______的变化。
2、适用范围:
适用于一切回路_______变化的情况。
【答案】阻碍;磁通量;磁通量
三、右手定则:
1、使用方法。
①让磁感线穿入右手手心;②使大拇指指向_________的方向;③则其余四指指向_________的方向。
2、适用范围:
适用于_________切割磁感线的情况。
【答案】导体运动;感应电流;部分导体
知识点讲解
知识点一:
电磁感应现象
一、电磁感应现象
只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合回路中就有电流产生,这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应。
电磁感应现象产生的电流叫感应电流。
二、产生感应电流的条件:
1、闭合回路;
2、闭合回路中的磁通量发生变化,即△Φ≠0。
三、磁通量变化的常见情况(Φ=BS改变的方式):
1、闭合电路中的部分导线做切割磁感线运动导致Φ变化,其实质也是B不变而S变。
2、线圈在磁场中转动导致Φ变化。
线圈面积与磁感应强度二者之间夹角发生变化。
如匀强磁场中转动的矩形线圈就是典型。
3、B随t(或位置)变化,磁感应强度是时间的函数;其实质也是B变而不S变。
四、感应电动势:
电磁感应现象中的本质原因是因为产生了感应电动势;我们把原磁场本身发生变化所产生的电动势叫感生电动势;把回路中由于部分导体切割而产生的电动势叫动生电动势。
【例1】如图所示,一个矩形线框从匀强磁场的上方自由落下,进入匀强磁场中,然后再从磁场中穿出。
已知匀强磁场区域的宽度L大于线框的高度h,下列说法正确的是()(多选)
A.线框只在进入和穿出磁场的过程中,才有感应电流产生
B.线框从进入到穿出磁场的整个过程中,都有感应电流产生
C.线框在进入和穿出磁场的过程中,都是机械能转化成电能
D.整个线框都在磁场中运动时,机械能转化成电能
【难度】★
【答案】AC
【例2】如图所示,一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内,螺线管的中心轴线恰和线圈的一条直径MN重合。
要使线圈a中产生感应电流,可采用的方法有()
A.使通电螺线管中的电流发生变化
B.使螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动
C.使线圈a以MN为轴转动
D.使线圈绕垂直于MN的直径转动
【难度】★★
【答案】D
【例3】如图所示,绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路,在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A,下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是()
A.线圈中通以恒定的电流
B.通电时,使滑动变阻器的滑片P匀速移动
C.通电时,使滑动变阻器的滑片P加速移动
D.将电键突然断开的瞬间
【难度】★★
【答案】A
课堂练习
1、老师做了一个物理小实验让学生观察:
一轻质横杆两侧各固定一金属环,横杆可绕中心点自由转动,老师拿一条形磁铁插向其中一个小环,后又取出插向另一个小环,同学们看到的现象是()
A.磁铁插向左环,横杆发生转动
B.磁铁插向右环,横杆发生转动
C.无论磁铁插向左环还是右环,横杆都不发生转动
D.无论磁铁插向左环还是右环,横杆都发生转动
【难度】
【答案】B
2、现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关,如图连接.在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下,某同学发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时,电流计指针向右偏转.由此可以推断()
A.线圈A向上移动或滑动变阻器的滑动端P向右加速滑动,都能引起电流计指针向左偏转
B.线圈A中铁芯向上拔出或断开开关,都能引起电流计指针向右偏转
C.滑动变阻器的滑动端P匀速向左或匀速向右滑动,都能使电流计指针静止在中央
D.因为线圈A、线圈B的绕线方向未知,故无法判断电流计指针偏转的方向
【难度】★★
【答案】B
3、物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”。
如图,她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后,将一金属套环置于线圈L上,且使铁芯穿过套环.闭合开关S的瞬间,套环立刻跳起。
某同学另找来器材再探究此实验.他连接好电路,经重复试验,线圈上的套环均未动.对比老师演示的实验,下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是()
A.线圈接在了直流电源上
B.电源电压过高
C.所选线圈的匝数过多
D.所用套环的材料与老师的不同
【难度】★★
【答案】D
知识点二:
楞次定律
一、楞次定律
1、感应电流总具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
2、楞次定律解决的是感应电流的方向问题。
它关系到两个磁场:
感应电流的磁场(新产生的磁场)和引起感应电流的磁场(原来就有的磁场)。
前者和后者的关系不是“同向”或“反向”的简单关系,而是前者“阻碍”后者“变化”的关系。
3、对“阻碍”意义的理解:
(1)阻碍原磁场的变化。
“阻碍”不是阻止,而是“延缓”,感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化,只能使原磁场的变化被延缓或者说被迟滞了,原磁场的变化趋势不会改变,不会发生逆转。
(2)阻碍的是原磁场的变化,而不是原磁场本身,如果原磁场不变化,即使它再强,也不会产生感应电流。
(3)阻碍不是相反。
当原磁通减小时,感应电流的磁场与原磁场同向,以阻碍其减小;当磁体远离导体运动时,导体运动将和磁体运动同向,以阻碍其相对运动。
(4)由于“阻碍”,为了维持原磁场的变化,必须有外力克服这一“阻碍”而做功,从而导致其它形式的能转化为电能。
因此楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现。
二、楞次定律的应用步骤
楞次定律的应用应该严格按以下四步进行:
1、确定原磁场方向;
2、判定原磁场如何变化(增大还是减小);
3、确定感应电流的磁场方向(增反减同);
4、根据安培定则判定感应电流的方向。
三、楞次定律的广义表述
楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的效果(结果)总是要阻碍产生感应电流的原因:
1、阻碍原磁通量的变化——“增反减同”。
2、阻碍相对运动——“来拒去留”。
3、使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”。
4、阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。
四、楞次定律的本质
从“阻碍相对运动”的角度来看,楞次定律的这个结论可以用能量守恒来解释:
既然有感应电流产生,就有其它能转化为电能。
又由于是由相对运动引起的,所以只能是机械能减少转化为电能,表现出的现象就是“阻碍”相对运动。
【例1】如图所示,甲是闭合铜线框,乙是有缺口的铜线框,丙是闭合的塑料线框,它们的正下方都放置一薄强磁铁,现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中不翻转),则以下说法正确的是()
A.三者同时落地
B.甲、乙同时落地,丙后落地
C.甲、丙同
时落地,乙后落地
D.乙、丙同时落地,甲后落地
【难度】★
【答案】D
【例2】某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律。
当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时,通过电流计的感应电流方向是()
A.a→G→b
B.先a→G→b,后b→G→a
C.b→G→a
D.先b→G→a,后a→G→b
【难度】★★
【答案】D
【例3】如图所示,通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面,第一次将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ,第二次将金属框绕cd边翻转到Ⅱ,设
先后两次通过金属框的磁通量变化大小分别为Δφ1和Δφ2,下列说法中正确的是()
A.Δφ1>Δφ2,两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现
B.Δφ1=Δφ2,两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现
C.Δφ1<Δφ2,两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现
D.Δφ1<Δφ2,两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现
【难度】★★
【答案】C
【例4】1931年,英国物理学家狄拉克从理论上预言:
存在只有一个磁极的粒子,即“磁单极子”。
1982年,美国物理学家卡布莱设计了一个寻找磁单极子的实验。
他设想:
如果一个只有N极的磁单极子从上向下穿过如图所示的超导线圈,那么,从上向下看这个线圈中将出现()
A.先是逆时针方向,然后是顺时针方向的感应电流
B.先是顺时针方向,然后是逆时针方向的感应电流
C.顺时针方向的持续流动的感应电流
D.逆时针方向的持续流动的感应电流
【难度】★★
【答案】D
课堂练习
1、如右图所示,通以恒定电流的螺线管置于MN和PQ两水平放置的光滑平行金属导轨之间,ab、cd两条金属棒分别搁置于导轨上,当通过螺线管的电流发生变化时,棒ab、cd的运动情况是()(多选)
A.电流增大时ab、cd相互靠拢
B.电流增大时ab、cd一定分开
C.电流减小时ab、cd一定分开
D.电流减小时ab、cd相互靠拢
【难度】★★
【答案】BD
2、如图所示,水平放置的条形磁铁中央,有一闭合金属弹性圆环,条形磁铁中心线与弹性环轴线重合,现将弹性圆环均匀向外扩大,下列说法中正确的是()
A.穿过弹性圆环的磁通量增大
B.从左往右看,弹性圆环中有顺时针方向的感应电流
C.弹性圆环中无感应电流
D.弹性圆环受到的安培力方向沿半径向外
【难度】★★
【答案】B
3、
如图,一条形磁铁用线悬挂于O点,在O点的正下方固定放置一水平的金属圆环l,现使磁铁沿竖直平面来回摆动,则()
A.在一个周期内,圆环中感应电流方向改变两次
B.磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用
C.磁铁所受感应电流磁场的作用力有时是阻力,有时是动力
D.磁铁所受感应电流磁场的作用力始终是阻力
【难度】★★
【答案】D
4、如图所示,条形磁铁静止在水平桌面上,闭合铝环从条形磁铁的正上方附近由静止竖直下落至桌面.则在下落过程中()
A.铝环中产生方向不变的感应电流
B.磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力
C.铝环所受安培力的方向先向上后向下
D.铝环的加速度小于或等于g
【难度】★★
【答案】D
5、如图所示,两同心圆环A、B置于同一光滑水平桌面上,其中A为均匀带电绝缘环,B为导体环,若A环以图示的顺时针方向,绕圆心由静止转动起来,则()
A.B环将顺时针转动起来
B.B环对桌面的压力将增大
C.B环将有沿半径方向扩张的趋势
D.B环中将有顺时针方向的电流
【难度】★★
【答案】C
M
a
b
左
右
N
6、在水平放置的光滑绝缘杆ab上,挂有两个金属环M和N,两环套在一个通电密绕长螺线管的中部,螺线管中部区域的管外磁场可以忽略。
当变阻器的滑动头向左移动时,两环的运动情况是()
A.一起向左移动B.一起向右移动
C.互相靠近D.互相离开
【难度】★★★
【答案】C
课堂总结
1、产生感应电流的条件是什么,电磁感应的本质是什么?
2、用楞次定律解题的步骤是怎样的?
3、楞次定律的广义表述有哪些?
请结合
回家作业
1.如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框.在下列四种情况下,线框中会产生感应电流的是()
A.如图甲所示,保持线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中左右运动
B.如图乙所示,保持线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中上下运动
C.如图丙所示,线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D.如图丁所示,线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
【难度】★
【答案】C
2、如图所示,MN、GH为平行导轨,AB、CD为跨在导轨上的两根横杆,导轨和横杆均为导体。
有匀强磁场垂直于导轨所在平面。
用I表示回路中的电流()
A.当AB不动而CD向右滑动时,I≠0且沿顺时针方向
B.当AB向左、CD向右滑动且速度大小相等时,I=0
C.当AB、CD都向右滑动且速度大小相等时,I=0
D.当AB、CD都向右滑动,且AB速度大于CD时,I≠0且沿逆时针方向
【难度】★★
【答案】C
3、a、b两金属环上下相隔一很小间距按图示方式放置,O1、O2分别是a环、b环的圆心,其中b环面的一半面积刚好与固定a环正对,在a环中开关K合上的瞬间,下列说法正确的是()(多选)
A.b环中有顺时针方向的感应电流
B.b环中有逆时针方向的感应电流
C.b环会沿O1O2连线方向运动
D.b环会沿O2O1连线方向运动
【难度】★★
【答案】BC
4、如图所示
,两个相同的小导线环和大导线环放在同一水平面内,且两小环关于大环圆心对称。
当两小环中通过图示方向的电流,电流强度随时间均匀增大且始终相同,大环()
A.无感应电流,不存在扩张收缩趋势
B.有顺时针方向的感应电流,存在扩张趋势
C.有顺时针方向的感应电流,存在收缩趋势
D.有逆时针方向的感应电流,存在收缩趋势
【难度】★★
【答案】A
5、如图所示,在光滑水平桌面上放置一块条形磁铁,条形磁铁近N极正上方水平固定一铜质线框。
某时刻,给磁铁一个水平向左初速度,以下判断中正确的是()(多选)
A.磁铁做减速运动
B.线框先有收缩趋势
C.线框内先产生沿adcba方向的感应电流
D.在磁铁运动过程中,线框中感应电流方向一定会发生变化
【难度】★★
【答案】AC
A
B
C
D
6、如图所示,粗糙水平桌面上有一粗细均匀的导线制成的矩形线圈ABCD,其左侧外上方有一条形磁铁,磁铁不动时,线圈的AB边和CD边对桌面的压力均为N。
当磁铁竖直向下运动到虚线位置的过程中(线圈始终不动)()
A.AB边对桌面的压力大于N,CD边对桌面的压力小于N
B.AB边对桌面的压力小于N,CD边对桌面的压力大于N
C.AB边和CD边对桌面的压力都大于N
D.AB边和CD边对桌面的压力都小于N
【难度】★★
【答案】B
7、著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置:
一块绝缘圆板可绕其中心竖直的光滑轴自由转动,在圆板的中部有一个线圈,圆板的四周固定着一圈金属小球,如图所示。
在线圈接通电源的瞬间发现圆板做顺时针转动(俯视),则下列说法正确的是()
A.圆板上的金属小球一定带正电
B.圆板上的金属小球一定带负电
C.圆板上的金属小球可能不带电
D.圆板上的金属小球可能带负电
【难度】★★
【答案】D
8、如图为一种早期发电机原理示意图,该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成,两磁极相对于线圈平面对称,在磁极绕转轴匀速转动过程中,磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧XOY运动(O是线圈中心),则()
A.从X到O,电流由E经G流向F,先增大再减小
B.从X到O,电流由F经G流向E,先减小再增大
C.从O到Y,电流由F经G流向E,先减小再增大
D.从O到Y,电流由E经G流向F,先增大再减小
【难度】★★
【答案】D
9、如图所示,在光滑水平桌面上放置一块条形磁铁,条形磁铁的中央位置的正上方水平固定一铜质圆环,以下判断中正确的是()(多选)
A.释放圆环,环下落时环的机械能守恒
B.释放圆环,环下落时磁铁对桌面的压力比磁铁的重力大
C.给磁铁水平向右的初速度,磁铁滑出时做减速运动
D.给磁铁水平向右的初速度,圆环产生向左的运动趋势
【难度】★★
【答案】AC
10、如图所示,通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈,线圈均与传送带以相同的速度匀速运动。
为了检测出个别未闭合的不合格线圈,让传送带通过一固定匀强磁场区域,磁场方向垂直于传送带,线圈进入磁场前等距离排列,根据穿过磁场后线圈间的距离,就能够检测出不合格线圈,通过观察图形,判断下列说法正确的是()(多选)
A.若线圈闭合,进入磁场时,线圈相对传送带向后滑动
B.若线圈不闭合,进入磁场时,线圈相对传送带向后滑动
C.从图中可以看出,第2个线圈是不合格线圈
D.从图中可以看出,第3个线圈是不合格线圈
【难度】★★★
【答案】AD
11、如图所示,在竖直平面有一个形状为抛物线的光滑轨道,其下半部分处在一个垂直纸面向里的非匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(图中虚线所示)。
一个质量为m的小金属环从轨道上y=b(b>a)处以速度v沿轨道下滑,则:
首次到达y=a进入磁场瞬间,小金属环中感应电流的方向为______(顺时针、逆时针);小金属环在曲面上运动的整个过程中损失的机械能总量ΔE=______。
(假设轨道足够长,且空气阻力不计)
a
b
y
x
B
v
【难度】★★★
【答案】逆时针,mgb+mv2/2
【拓展】若磁场是匀强磁场,机械能损失又如何?
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